Lập trình bài toán tính độ lún của móng nông trên nền đất theo phương pháp cộng lớp phân tố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘTKHOA XÂY DựNG BÁO CÁO TỎNG KÉT ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN LẬP TRÌNH BÀI TOÁN TÍNH ĐÔ LÚN CỦA MÓNG NÔNG TRÊN NẺN ĐẤT ---THEO PI1IONG PHÁP CÔNG LỚP

Trần Thị Thu Thào.

Bình Dương, 8 / 20 ỉ 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA XÂY DựNG

BÁO CÁO TỎNG KÉT

ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

LẬP TRÌNH BÀI TOÁN TÍNH ĐÔ LÚN

CỦA MÓNG NÔNG TRÊN NẺN ĐẤT

-THEO PI1IONG PHÁP CÔNG

LỚP PHÂN TỐ

GVHD: TS Phan Thiệu Huy - TS Nguyễn Huỳnh Tấn Tài sv chịu trách nhiệm chính: Bùi Quang Huy sv cùng thực hiện: Nguyễn Thanh Hải.

Trần Thị Thu Thảo.

Bĩnh Dương, 8/2013

TRUỜNGĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KÉT QUẢ NGHIÊN cứu CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

PHƯƠNG PHÁP CỘNG LỚP PHẦN TỐ

- Sinh viên thực hiện: Bùi Quang Huy

- Nguời hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Huỳnh Tẩn Tài - Tiến sĩ Phan Thiệu Huy

2 Mục tiêu đề tài:

Tạo ra một chương trình giải quyết bài toán tính độ lún của móng nông theo phưong pháp cộnglún từng lóp, ứng dụng trong học tập các môn liên quan, trong nghiên cứu và làm việc

3 Kết quả nghiên cứu:

Chương trình tính lún đưọc lập trình bằng phần mềm matlab, kết quả tính được so sánh vớicách tính lún bang excel để kiểm tra độ chính xác

4 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và

khả năng áp dụng của đê tài:

Chương trình tính lún do nhóm lập trình được ứng dụng trong học tập và làm việc

Ngày 11 tháng 8 năm 2013

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thục hiện đề tài (ký, họ và tên)

Bùi Quang Huy

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1:

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng Khoa: Xây dựng

Kết quả xếp loại học tập: Giỏi

* Năm thứ 2:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỌT Độc lập - Tụ do - Hạnh phúc

THÔNG TIN VÈ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THựC HIỆN ĐÈ TÀI

I Sơ LƯỢC VÈ SINH VIÊN:

Họ và tên: BÙI QUANG HUY

Sinh ngảy: 8 tháng 12 năm 1993

-Nơi sinh: Đà Lạt - Lâm Đồng

Khoa: Xây dưng

Địa chỉ liên hệ: số 9, đường 12, tổ 104, khu phố 7, phường Hiệp Thành, TP Thủ Dầu Một, Bình Dương

Ngành học: Kỹ thuật xây dựng Khoa: Xây dựng.

Ket quả xếp loại học tập: Học kì I: Khá

Ngày 11 tháng 8 năm 2013

Xác nhận của lãnh đạo khoa Sinh viên chịu trách nhiệm chính

DANH SÁCH NHŨNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐÈ TÀI

TT Họ và tên Ngành học Lóp / Khoa Kết quả xếp loại

học tập:

Xây dựng

Năm 1: TB KháNăm 2: TB Khá

Xây dựng

Năm 1: TB KháNăm 2: TB Khá

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: Cơ SỞ LÍ THUYÉT VỀ TÍNH TOÁN LÚN 7

1 Định nghĩa 7

2 Lún đàn hồi 7

3 Lún cố kết 7

3.1 Định nghĩa í^rrrr, 7

_3.2 Lún cổ kết sơ cấp 7

3.2.1. Chỉ số nén Cc 7

3.2.2. Chỉ sổ nở Cs 7

3.3 Lún cố kết thứ cấp 8

4 Nội dung của phương pháp cộng lớp phân tố 9

CHƯƠNG 2: Tự ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH TÍNH LÚN 12

1 Sử dụng phần mềm matlab để tính lún 12

1.1 Sơ đồ thuật toán 12

1.2 Cách nhập liệu và sử dụng phần mềm 13

2 So sánh matlab và excel 14

— Ưh Ưu điểm ——— 14

2.2 Khuyết điểm 14

CHƯƠNG 3: so SÁNH KÉT QUẢ TÍNH LÚN GIỮA MATLAB VÀ EXCEL 15

CHƯƠNG 4: KÉT LUẶN VÀ KIÉN NGHỊ 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

PHỤ LỤC 19

MỞ ĐẦU

Cơ học đất là một môn học nền tảng quan trọng, cung cấp kiến thức cơ sở đế tiếp tục học cácmôn chuyên ngành khác như nền móng, chính vì thế mà việc năm vững kiến thức của môn học này làhết sức quan trọng Trong đó “lún” là một trong những phần quan trọng nhất của cơ học đất Có nhiềuphương pháp tính lún nhưng trong phạm vi đề tài, nhóm đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu về phương phápcộng lún từng lóp phân tố đổi với móng nông

Hiện nay quá trình tính lún với phương pháp cộng lún từng lớp phân tố khá phức tạp và dàidòng, tốn thời gian Chính vì thế mục đích của đề tài này là nhằm xây dựng một chương trình để tựđộng hóa quá trình tính lún giúp thuận tiện hơn trong tính toán lún Trước mắt chương trình có thể ứngdụng nhiều trong học tập môn cơ học đât trong chương trình học đại học cũng như học nâng cao và sửdụng khi công tác sau khi ra trường

Nhóm nghiên cứu xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo khoa Xây dựng, các Thầy

Cô trong Hội đồng khoa học của khoa đã tạo điều kiện thuận lợi và góp để nhóm hoàn thành đề tài.Nhóm xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến các Thầy hướng dẫn: Thầy Phan Thiệu Huy, Thầy NguyễnHuỳnh Tấn Tài và Thầy Lê Văn Cảnh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo xuyên suốt quá trình nghiên cứucủa nhóm

vị của nền, biến dạng nén theo phương đứng dẫn đến chuyển vị đứng là quan trọng và được quan tâm

nhiều hơn cả Chuyển vị đứng cùa mặt đất (hoặc dáy móng) ké theo chuyển vị đúng của công trình gọi

m3/kG); mặt khác, tải trọng từ công trình lên nền đất thường tăng dần theo quá trình thi công

3 Lún cố kết:

c = = = (1.1)

A log p log/2, - log 72,_! log /2, -log P'_ }

Tính Cc ta lấy hệ số góc của đường thẳng đi qua 2 điểm cuối trong thí nghiệm nén cố kết

3.2.3 Chỉ số nở C s

Là hệ số góc của đường thăng tuyến tính của đường cong dở tải e - logp - độ dốc đường nén lại

£ _ _ e rt~ rịt-ì) e _ e r(Ị n~ e >7 (12)

Tinh cs ta lấy hệ sổ góc của đường thằng đi qua 2 điểm đầu của quá trình dờ tải

Hình 1 Biếu đồ quan hệ e-logP (nén và dỡ tải)

3.3 Lún cố kết thứ cấp:

Lún cố kết thứ cấp là sự biến đổi về thể tích của các hạt đất do việc điều chỉnh kết cấu đất (kếtcấu bên trong) sau khi quá trình cố kết sơ cấp đã hoàn tất Tốc độ lún cố kết thứ cấp diễn ra rất chặm sovới cố kết sơ cấp Trong thực tế, sự phân biệt giữa quá trình cố kết sơ cấp và thứ cấp là rất khó bởi vì cốkết thứ câp xảy ra như một phân của cố kết sơ cấp, đặc biệt trong đất sét yếu Thông thường quá trìnhlún cố kết thứ cấp diễn ra trong điều kiện ứng suất có hiệu theo phương đứng duy trì là hằng số Mộttrong số những giải thích hợp lý đó là: quá trình nước thoát ra từ những lỗ rỗng rat nhỏ, đồng thời xảy ra

sự biến dạng nhớt trong kết cấu đất

4 Nội dung của phuong pháp cộng lún tùng lóp phân tô:

4.1 Chia nền đất dưới đáy móng thành nhiều lớp có chiều dày

Trong đó: ơ - Ap lực trung bình tại đáy móng do tải trọng công trình và ương móng, đât đắp

trên móng gây ra:

4.5 Xác d Ị11 h c h IC11 sâu vùng ảnh hưởng Ha dựa vào đỉeu kỈỊnT

4.6 Tính toán độ lún của các lóp đất phân tố Si theo các công thức:

thường

1 +<?0, k ơ 0i(Dấlphư^cổ kết)

(1.12)

Trong đó ơp là áp lực tiền cố kết được xác định theo phương pháp Casagrande:

Trên biểu đồ e - logP, chọn 1 điểm A có bán kính đường cong nhỏ nhât

1 Từ A vẽ 1 đường song song với trục hoành (đường 1)

2 Từ A vẽ 1 đường thẳng tiếp tuyến với đường cong (đường 2)

3 Vẽ đường thẳng phân giác của góc hợp bởi 2 tia 1 và 2 (đường 3)

4 Vẽ đường thẳng kéo dài của đoạn cuối của đường cong e-logP (đường 4)

5 Xác định giao điểm của đường 3 và 4, hạ xuống trục hoành (LogP) từ đó xác định áp lực tiền cố kếtơp

s = ỵs,

11

Chương 2

Tự ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH TÍNH LÚN

1 Sử dụng phần mềm matlab để tính lún:

Hình 9 Sơ đồ thuật toán của chương trình

Đê tiến hành tính toán được, chúng ta phải nhập vào các số liệu về móng và địa chất công trình

mà phần mềm yêu cầu (Lưu ý: nhập đúng đơn vị yêu cầu)

Hình 11 Cửa sổ Command Window

2. So sánh Matlab và Excel:

So với Excel việc tính lún bằng matlab đã tiết kiệm đưọc cho người dùng lượng thời gian khá lớn mặc

dù excel có ưu điểm về thời gian so vói phương pháp tính bằng tay cổ điển Với matlab, ngưòi dùng chỉ cần nhập số liệu ban đầu theo yêu câu của chưong trình như các thông số về móng, các số liệu địa chất, chương trình sẽ tiên hànhtính toán và đưa ra kết quả trong thời gian rất ngân

- Bên cạnh đó, matlab cho ta kết quả ngắn gọn hơn so vói thực hiện một bảng tính dài dòng bằng excel

— Giao diện của matlab chưa thân thiện với phần lớn người dùng, đối với sinh viên ngành xây dựng đã được học về matlab trong chương trình học thì có phần dễ thao tác và làm việc hơn Bên cạnh đó, excel là phần mềm văn phòng đã khá quen thuộc chính vì vậy mà việc sử dụng có phần dễ hơn matlab

Chương 3

SO SÁNH KÉT QUẢ TÍNH LÚN BẰNG MATLAB VÀ EXCEL

1 So sánh kết quả tính lún bang matlab và excel

Đè thuận tiện cho việc so sánh nhóm xin đưa ra ví dụ tính toán có các thông số về móng và địa chất của nền đất Sau đó thay đổi giá trị của một số thông số để đưa ra kết luận

Thông số đầu vào:

Độ dày lớp phân tố hi

Số lóp phân tố N

Úng suất

A r

tiên cô kết ơp

Hệ số Cs

Hệ số

Cc Hệ số rỗng

e0

Dung trọng TN

Bang 3 Mối quan hệ giữa kết quả tính lún bang matlab và excel

Do thời gian nghiên cứu chưa nhiều nên chương trình còn tồn tại nhiều hạn chế tuy nhiênnhững hạn chế này có thể được giải quyết vì đề tài còn có thể dược mở rộng thêm nữa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] , Châu Ngọc Ẩn, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2009.

[2] , Trung tâm nghiên cứu công nghệ và thiết bị công nghiệp, Báo cáo kết quả Khảo sát địa chấtcông trình - Công trình “Trung tâm thưong mại, siêu thị, dịch vụ văn phòng và căn hộ cao cap SSGTOWFR", TPHCM, 2011

[3] , Phan Hồng Quân, Cơ học đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2006.

[4] Vũ Công Ngữ, Bài tập Cơ học đất, NXB Giáo dục, 2007.

[5] Các tài liệu trên mạng internet

PHỤ LỤC Phụ lục 1 THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KÉT.

1 Tỏng quan về thỉ nghiệm:

- Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nó (giảm độ rỗng, biểu hiện ở sự giảm chiều cao)dưới tác dụng của tải trọng ngoài

- Ket quả thí nghiệm: tìm hệ số nén lún a, mođun tổng biến dạng E, hệ số cố kết cv của đất

- Tải trọng tác dụng theo từng cấp và phải đảm bảo thẳng đứng Sai số cho phép của mỗi cấp áp dụngtrong thời gia thí nghiệm < 3%

_- Khi đăt lưc phải nhe nhàng, không đươc vươt quá 3s. _

- Nên lấy áp lực tự nhiên cho lần đặt tải ban đầu

- Cấp tải sau gấp 2 lần cấp tải trước

- Trị số các cấp áp lực nén:

• Đỗi với loại đất sét ở trạng thái dẻo chảy và chảy sử dụng các cấp: 0,1 - -0,25 - 0,5 - 1 - 2 KG/cm2:

• Đối với đất sét, sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng: 0,25 - 0,5 - 1-2-4

• Đối với đất cứng và nửa cứng: 0,5 - 1 - 2 - 4 - 6

- Số lượng cấp áp lực cho mỗi mẫu nén > 5

2 Thiết bị thỉ nghiệm:

Hình 4 Thiết bị thí nghiệm

• Dao vòng.

• Hộp lớn chứa mẫu và các bộ phận giữ thăng bằng cho mẫu, đá thấm

_- Tài,

- Bộ phận tăng tải với hệ thống cánh tay đòn

- Thiết bị đo biến dạng (đồng hồ đo có khắc vạch đến 0,01 mm)

- Đặt đá thấm vào đáy hộp, đặt mẫu thử vào, đặt vòng cao su, đá thấm lên trên mẫu đất Đặtnắp đậy lên trên mẫu, điều chỉnh cân bằng.

- Đặt hộp chứa vào máy, điều chỉnh đồng hồ về số 0, cân bằng cánh tay đòn

Sau khi đã đạt ổn định ở cấp lún cuối cùng thì lấy dao vòng có mẫu đất đem cân để xácđinh khối lượng thể tích và độ ẩm sau đó sấy khô toàn bộ mẫu để xác định khối lượng khô

- Xác định biến dạng khôi phục của đất, sau khi mẫu đã ổn định với cấp tải cuôi cùng, ta dỡ tảitừng cấp và lấy số đọc trên đồng hồ đo biến dạng

Hình 6 Lấy mẫu bằng dao vòng

Đặt cấp tải theo từng loại đất và đọc biến dạng sau từng khoảng thời gian

quy định

Hình 7-8 Lắp đặt thiết bị thí nghiệm

Phụ lục 2 số liệu địa chất.

1 Các lớp địa chất:

1.1 Lớp 1:

Thành phần gồm: Bùn sét, xám đem, trạng thái chảy

Lớp này phân bố như sau:

Thành phần gồm: Sét, xám đem, trạng thái dẻo chảy Lớp này phân bố như sau:

Thành phần gồm: Cát pha lẫn sỏi sạn thạch anh, xám đem, xám tro, xám trắng,

xám nâu, trạng thái dẻo

Lớp này phân bố như sau:

Thành phân gôm: Sét, sét pha, nâu — xám trang, trạng thái nửa cứng dến cứng Lớp này phân bố như sau:

LK4 —94U -Bế -—34

-2 Bảng thống kê kết quả thí nghiệm cơ lý các lớp đất: